Due stelle di neutroni in collisione. Questi eventi, estremamente rari, ma molto energetici, potrebbero spiegare l’eccesso di plutonio osservato in natura. Crediti: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.
La maggior parte del plutonio presente sulla Terra viene sintetizzato artificialmente nei reattori nucleari. A lungo si è pensato che non fosse prodotto anche in natura, ma poi ne sono state osservate tracce, sia sulla Terra che nella nostra Galassia, in quantità che non è possibile spiegare, considerata la rarità degli eventi cosmici che sono in grado di produrlo.
In una lettera pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature Physics, un team di scienziati dell’Università Ebraica di Gerusalemme suggerisce una soluzione al mistero dell’eccesso di plutonio galattico.
«L’origine degli elementi pesanti prodotti in natura attraverso la cattura rapida di neutroni (chiamato processo r) da parte dei nuclei pesanti è uno dei misteri attuali della nucleosintesi», ha dichiarato il Dr. Kenta Hotokezaka, che insieme al Prof. Zvi Piran e il Prof. Michael Paul dell’Istituto di Fisica Racah dell’Università Ebraica ha condotto lo studio.
Il plutonio è un elemento radioattivo, il suo isotopo più longevo è il plutonio-244 con una vita media di 120 milioni di anni. Il fatto che sia possibile rilevare il plutonio-244 in natura implica che l’elemento viene sintetizzato in fenomeni astrofisici recenti, in termini di scale temporali galattiche, e quindi la fonte che l’ha prodotto non deve trovarsi troppo lontana da noi.
Molti anni fa si è scoperto che il sistema solare conteneva una notevole quantità di plutonio-244. Considerando la breve durata del suo ciclo di vita, il plutonio-244 che esisteva quando la Terra si è formata, più di 4 miliardi di anni fa, è decaduto da tempo, ma sono stati osservati gli elementi prodotti dal suo decadimento.
Misure recenti del deposito di plutonio-244, inclusa l’analisi dei detriti galattici presenti nei fondali marini, suggeriscono che la quantità di plutonio che ha raggiunto la terra dallo spazio nel corso degli ultimi 100 milioni di anni sia molto piccola. Questo risultato è in forte contraddizione con le quantità di plutonio presenti durante la formazione del sistema solare.
Il team di scienziati dell’Università Ebraica ha dimostrato che questo enigma si può spiegare se la fonte di plutonio radioattivo (così come altri elementi rari, come oro e uranio) è rappresentata dalla fusione di stelle di neutroni in sistemi binari. Queste fusioni sono estremamente rare, ma le stime indicano che sono in grado di produrre grandi quantità di elementi pesanti.
Nello studio si propone che una di queste fusioni sia avvenuta accidentalmente nelle vicinanze del sistema solare, meno di cento milioni di anni prima che questo si formasse. In questo modo è possibile riprodurre le quantità di plutonio-244 osservate. D’altra parte, la quantità ridotta di plutonio-244 che oggi raggiunge Terra dallo spazio si può semplicemente spiegare con la rarità di questi eventi.
Per saperne di più:
si consiglia la lettura dell’articolo “Short-lived 244Pu points to compact binary mergers as sites for heavy r-process nucleosynthesis” di Kenta Hotokezaka, Tsvi Piran e Michael Paul